KR20160059582A - 분뇨의 체감 악취 예측 방법 및 이를 이용한 분뇨 체감 악취 조절 방법 - Google Patents

분뇨의 체감 악취 예측 방법 및 이를 이용한 분뇨 체감 악취 조절 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법, 이를 이용한 분뇨 체감 악취 조절 방법 및 분뇨의 체감 악취 예측 장치에 관한 것이다. 상기한 본 발명에 의하면, 분뇨의 체감 악취를 용이하게 예측할 수 있고, 이를 이용하여 분뇨의 체감 악취를 효율적으로 조절할 수 있다.

Description

분뇨의 체감 악취 예측 방법 및 이를 이용한 분뇨 체감 악취 조절 방법{Method for prediction of sensory bad odor intensity and Method for control of sensory bad odor intensity using the same}
본 발명은 분뇨의 체감 악취 예측 방법 및 이를 이용한 분뇨 체감 악취 조절 방법에 관한 것이고, 더욱 상세하게 분뇨의 체감 악취를 용이하게 예측할 수 있고, 이를 이용하여 분뇨의 체감 악취를 효율적으로 조절할 수 있는 분뇨의 체감 악취 예측 방법, 이를 이용한 분뇨 체감 악취 조절 방법 및 분뇨의 체감 악취 예측 장치에 관한 것이다.
축산업의 규모가 대형화됨에 따라 축산시설에서 발생하는 악취물질의 농도 및 강도가 증가하고 있다. 이런 이유로 축산악취 민원이 증가되고 있는데, 주요 악취배출원은 가축 사육농장, 퇴비장 및 액비장이라고 할 수 있다.
이들 시설에서 발생되는 주요 악취물질들은 황화합물, 암모니아, 휘발성지방산, 페놀류, 인돌류 등으로 매우 다양하다. 이들 악취물질들은 농도, 강도, 악취에 미치는 기여도 등이 서로 상이하여 악취수준을 정의하는데 많은 어려움을 준다. 또한 이들 악취성분은 종류에 따라 원거리 이동을 하여 축산업에 대한 불신을 초래하기도 한다. 실제로 가축 사육농장, 퇴비장, 액비장에서 발생된 악취성분 중에서 p-크레졸, 아이소발레르산, 4-에틸페놀 같은 성분들은 수 km 떨어진 지점에서도 측정된다고 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 인용문헌 및 특허 문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 문헌 및 특허의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
대한민국 등록특허 10-1395340 (2014.05.08)
본 발명의 목적은 가축 사육농장, 퇴비장 및 액비장에서 발생하는 분뇨의 체감 악취를 용이하게 예측할 수 있는 분뇨의 체감 악취 예측 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 분뇨의 체감 악취 예측 방법을 이용하여 분뇨 체감 악취를 효율적으로 조절하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 분뇨의 체감 악취를 용이하게 예측할 수 있는 분뇨 체감 악취 예측 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 단계;
상기 측정된 각각의 악취물질의 농도를 악취물질별 악취감지 최소농도를 기준으로 각각의 악취물질별 악취강도로 변환하는 단계; 및
상기 악취물질별 악취강도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 예측하는 단계;를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명에 따른 분뇨의 체감 악취 예측 방법에 의해 예측된 분뇨의 체감 예측 악취 수준에 따라 부형제 종류, 부형제 투여량 또는 폭기량을 조절하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 조절 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 악취물질 측정 수단; 및 상기 측정된 각각의 악취물질의 농도를 악취물질별 악취감지 최소농도를 기준으로 각각의 악취물질별 악취강도로 변환하고, 상기 악취물질별 악취강도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 산출하는 악취물질 분석수단;을 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 분뇨의 체감 악취를 용이하게 예측할 수 있다. 특히 분뇨의 악취 물질 중 특정 물질의 농도만으로 전체 분뇨의 체감 악취를 예측할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 분뇨 처리 단계별 체감 악취를 용이하게 예측할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 상기 분뇨의 체감 악취 예측 방법을 이용하여 분뇨 체감 악취를 효율적으로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 분뇨의 체감 악취 예측 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 단계;
상기 측정된 각각의 악취물질의 농도를 악취물질별 악취감지 최소농도를 기준으로 각각의 악취물질별 악취강도로 변환하는 단계; 및
상기 악취물질별 악취강도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 예측하는 단계;를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법을 제공한다.
가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도의 측정은 GC/FPD, GC/MS, HPLC, UV/Vis 분광광도계의 분석시스템을 활용하여 측정할 수 있고, 황화합물, 질소계 성분들을 제외한 휘발성화합물들은 TD/GC/MS 방식으로 분석할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 다양한 분석시스템을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 각각의 악취물질별 악취강도는, 상기 측정된 각각의 악취물질의 농도를 악취물질별 악취감지 최소농도로 나누어 산출할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나 악취감지 최소농도는 예를 들어 Nagata(Measurement of Odor Threshold by Triangle Odor Bag Method, 2003) 등의 공지의 기술을 이용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 상기 악취물질별 악취강도를 이용하면 절대적인 악취 농도가 아닌 악취물질별 실제 체감 악취 강도를 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 악취물질별 악취강도의 총합 중 각각의 악취물질의 강도의 상대적 비율을 기준으로 하여 전체 악취에 미치는 악취물질별 악취기여도를 산출하는 단계를 포함한다. 이에 의하면, 퇴비장 및 액비장에서 발생되는 주요 악취물질의 종류별 농도와 강도 그리고 물질 간에 악취에 미치는 상대적 기여도를 평가하여 최종적으로 악취발생원의 악취 수준(정도)을 용이하게 평가하고 정확하게 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분뇨 샘플 중 상기 악취물질 중 1 이상의 농도를 측정하여 상기 악취물질의 악취기여도를 기준으로 분뇨의 전체 체감 악취 수준을 예측하는 단계를 포함한다. 분뇨별 악취물질별 악취기여도를 미리 분석하여 놓은 경우 이를 기준으로 분뇨의 전체 체감 악취 수준을 정확하고 효율적으로 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분뇨 샘플에서 측정되는 악취물질은 분뇨별 악취기여도를 기준으로 선택하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 분뇨별 악취기여도가 최대인 물질을 핵심 악취물질로 선택하여 분뇨의 전체 체감 악취 수준을 예측할 수 있다. 또한, 악취물질의 악취기여도에 따라 하나의 악취물질의 농도를 알면 다른 악취물질의 강도도 예측할 수 있다. 따라서 분뇨 샘플에서 측정되는 악취물질의 종류는 악취 예측 목적에 따라 다양하게 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 단계는 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별로 측정하여 처리 단계별 상대적 악취 수준을 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 상대적 악취 수준을 기준으로 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 체감 악취 수준을 예측하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예 따르면, 상기 퇴비화 또는 액비화 처리 단계는 분뇨 반입 단계, 분뇨 처리 중간 단계, 및 분뇨 처리 완료 단계 중 적어도 1 이상을 포함한다. 상기 퇴비화 및 액비화 과정은 호기 발효를 기본으로 하고 있으며, 가축의 분뇨와 미생물이 잘 혼합되어 60 ~ 120일간 동안 발효가 진행되는 것이 바람직하다. 이런 과정에서 처리단계별 각각의 악취 물질 간 농도를 비교 분석한다. 각 악취물질별로 농도에 차이가 있게 되며, 이에 따라 악취물질의 농도를 예측할 수 있다.
상기와 같이, 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 시료를 채취하여 악취물질별 악취강도 및 기여도를 미리 분석하여 놓으면, 추후 퇴비화 또는 액비화 시설에서 처리 단계별 악취 수준을 정확하고 효율적으로 예측할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 악취물질은 퇴비화시설에서는 고상의 시료를 채취하고, 액비화시설에서는 액상시료를 채취하여 악취물질이 생성되도록 한다. 악취물질이 축산악취에 미칠 수 있으면 그 종류가 제한되지 아니하나, 바람직하게는 프로피온산, 부티릭산, I-부티릭산, 발레르산, I-발레르산, 페놀, p-크레졸, 4-에틸 페놀, 인돌, 스카톨, 황화수소, 메틸머캅탄, 디메틸설파이드, 디메틸디설파이드, 및 암모니아로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 축산악취의 주원인인 페놀류 및 인돌류인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기기분석에 의한 악취 수준과 관능평가에 의한 악취 수준의 상관 관계를 분석하여 분뇨의 체감 악취 수준을 예측하는 단계를 더 포함한다. 가축 사육농장, 퇴비장 또는 액비장의 주요 악취물질을 분석함에 있어 GC/MS, GC/FPD, HPLC 등을 이용한 기기분석과 함께 복합악취의 희석배수를 추가적으로 측정하여 인체가 느끼는 악취의 세기를 함께 평가하여 비교 판단하는 것이 예측 결과의 오류를 줄일 수 있을 것이다. 또한 분뇨 처리 시설별 기기분석에 의한 악취 수준과 관능평가에 의한 악취 수준의 상관 관계를 미리 분석하여 두면 악취 수준의 예측 결과를 보완할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 퇴비장과 액비장에서 채취한 시료에 대하여 악취강도를 기기분석과 관능평가를 토대로 비교한 결과 액비화 시설에서는 관능평가보다 기기분석에서 0.20~0.5 수준 낮게 평가되었으며, 퇴비화시설에서는 관능평가보다 기기분석에서 0.20~0.3 수준 높게 평가되었다.
상기 관능평가는 냄새를 유발하는 공기시료의 일정 양을 무취공기를 이용하여 단계별로 희석시켜 감지의 임계수준에 해당하는 희석배수 (Dilution-to-threshold ratio; D/T ratio)를 산출하는 방법으로 수행할 수 있다. 상기 방식은 여러 가지 개별 악취물질들이 단독으로 또는 혼합물의 형태로 존재할 때, 기기분석법과 함께 실제 인체가 체감할 수 있는 악취의 세기를 평가하는 분석법이라고 할 수 있다. 이러한 희석배수 자료는 기기분석으로 구한 개별성분들의 농도와 연계하여 악취 수준을 평가하는데 상호보완적으로 적용될 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명에 있어서, 상기 분뇨는 축산 분뇨일 수 있다. 축산분뇨를 이용한 퇴비화 및 액비화 시설은 소, 돼지, 닭, 오리, 개, 염소 등의 사육에 의해 생산된 분뇨를 일반적으로 사용하고 있다. 퇴비화 과정에서는 수분을 조절하기 위하여 부형제로 톱밥이나 왕겨를 사용하고 있으며, 공기를 폭기하여 악취 발생량을 줄이고 있다. 또한 액비화 시설에서는 분과 뇨를 최대한 잘 분리하여 액비제조용으로 사용할 뇨에 고형물의 함량을 최소화하기 위해 노력하고 있다. 퇴비 및 액비화 과정에서 가축분뇨의 종류가 제한되지 아니하나, 돼지 분뇨가 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 분뇨의 체감 악취 예측 방법에 의해 예측된 분뇨의 체감 예측 악취 수준에 따라 부형제 종류, 부형제 투여량 또는 폭기량을 조절하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 조절 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 분뇨의 체감 악취 예측 방법에 의해 산출된 악취 기여도를 기준으로 관리 대상 악취물질을 도출하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 조절 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 관리 대상 악취물질을 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 분뇨의 체감 악취 예측 방법에 의하면, 악취물질의 실제 체감되는 악취를 기준으로 악취를 조절함으로써 실제 체감 악취에 따라 부형제의 투여량 또는 폭기량을 조절할 수 있다. 또한, 악취물질별로 악취기여도를 이용하여 관리 대상인 악취물질을 도출하거나, 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 관리 대상을 도출하여 최적의 부형제 종류를 선택할 수 있다. 따라서 가축 사육농장, 퇴비화 및 액비화 처리 시설에서 경제적이며 효율적으로 분뇨의 체감악취를 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 악취물질 측정 수단; 및
상기 측정된 각각의 악취물질의 농도를 악취물질별 악취감지 최소농도를 기준으로 각각의 악취물질별 악취강도로 변환하고, 상기 악취물질별 악취강도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 산출하는 악취물질 분석수단;을 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 장치를 제공한다.
상기 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도의 측정 수단 및 분석 수단은, GC/FPD, GC/MS, HPLC, UV/Vis 분광광도계의 분석시스템일 수 있고, 황화합물, 질소계 성분들을 제외한 휘발성화합들은 TD/GC/MS 장치일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 다양한 분석 프로그램이 내장된 측정 및 분석기기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 악취물질 분석수단은, 상기 악취물질별 악취강도의 총합 중 각각의 악취물질의 강도의 상대적 비율을 기준으로 하여 전체 악취에 미치는 악취물질별 악취기여도를 산출하며, 분뇨 샘플 중 상기 악취물질 중 1 이상의 농도를 측정하여 상기 악취물질의 악취기여도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 분석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 악취물질 측정수단은 퇴비화 또는 액비화 처리단계별로 측정하여 처리 단계별 상대적 악취 수준을 분석할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 가축 사육농장, 퇴비화 및 액비화 단계별 시료를 채취하여 축산악취에 기여도가 높은 물질을 대상으로 농도, 예상악취강도, 악취에 미치는 기여도 등을 측정하여 악취 수준을 정의하여 실제 체감 악취를 정확하게 예측하고 조절할 수 있으며, 또한 인체의 관능평가 결과와의 상관 관계를 분석하여 악취 수준을 예측의 정확도를 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
실시예
1) 표준시료를 보유한 악취성분들의 기기분석 방법
총 4가지 (GC/FPD, GC/MS, HPLC, UV/Vis 분광광도계)의 분석시스템을 활용하여, 가축분뇨 처리시설에서 채취한 공기시료 중 냄새관련 성분들에 대한 농도를 측정하였다.
1-1) GC / MS 를 이용한 휘발성화합물 성분들의 분석
휘발성지방산, 페놀류, 인돌류 성분을 검량하기 위해 98~99.7% 수준의 원표준시료 (Primary standard; PS)를 고상 및 액상 상태로 구매하였다 (Sigma-Aldrich, USA). 이후에, PS를 메탄올과 희석하는 방식으로, 5~100 ng/μL에 이르는 액상 작업용 표준시료 (Liquid working standard; L-WS)를 조제하였다. 이들 L-WS의 검량을 위해서, Quartz wool 20 mg과 Carbopack C 80 mg을 순차적으로 충진한 multi-bed 고체흡착관에 고순도 (99.999%) 질소 가스를 채운 PEA bag을 연결하고, SIBATA 미니 펌프를 이용하여 100 mL/min의 유속으로 3분간 흘려주었다. 그와 동시에, 액상 Syringe (SGE Analytical Science, Australia)를 이용하여, 각각의 농도에 해당하는 L-WS 1 μL를 질소 가스가 흐르는 고체흡착관에 주입시켜 주었다. L-WS 검량과 동일한 고체흡착관을 사용하여 양돈장의 공기시료를 100 mL/min의 유속으로 3분간 채취한 후, 이를 열탈착분석기 (TD)와 GC/MS를 결합한 방식으로 분석하였다. 고체흡착관으로 채취한 시료들은 310℃에서 7분간 열탈착 후, Quartz wool, Carbopack C, Carbopack B를 1:1:1의 부피비로 혼합한 cold trap (CT)을 이용하여, 5℃에서 저온농축을 유도하였다. 이들 시료는 다시 330℃에서 5분간 열탈착을 유도한 후, GC 내에서 CP-Wax column (film thickness: 2.5μ m, diameter: 0.25 mm, length: 60 m, Agilent, USA)을 통해 분리를 유도하였다 (80℃ (5분) - 20℃/min - 220℃ (28분)). 분리가 이루어진 성분들은 70 eV의 Electron impact (EI) ionization 방식으로 이온화하고, Total ion chromatogram (TIC: 35~500 m/z 범위) 방식으로 스캔하였다.
1-2) GC / FPD 를 이용한 황화합물의 분석
황화합물의 분석을 위해 대상 성분들을 30 ppm 수준으로 조제한 원표준시료 (Primary Standard; PS, Rigas, Korea)를 실린더로 구입하였다. 그 후에 PS (3.30 mL)를 초고순도 (99.999%) 질소가스 (9,996.70 mL)와 혼합하는 방식으로 10 ppb 수준의 기체상 작업용 표준시료 (Gaseous working Standard; G-WS)를 10 L 용량의 PEA bag에 조제하여 실험에 활용하였다. PEA bag으로 채취한 이들 성분들은 GC-FPD (Flame photometric detector, 200 series, Ellutia, UK)와 저온농축열탈착시스템 (Thermal desorber (TD), Unity, Markes International, Ltd, UK)을 연계한 분석 시스템을 활용하였다. TD 내에 Carbopack B와 Silica gel을 1.5 : 2.5의 부피비로 혼합한 Cold trap (CT)을 장착하고 (Kim et al., 2014), -15℃에서 시료들의 저온농축을 유도하였다. CT에 흡착한 황화합물들은 270℃의 고온에서 10분간 열탈착하여 GC의 BP-1 column (film thickness = 5 μm, diameter = 0.32 mm, length = 60 m, SGE, Australia)을 통해 화합물의 분리를 유도하였다. 이러한 과정을 거쳐, 개별 성분들은 250℃의 FPD에서 검출이 이루어졌다.
1-3) UV / Vis 분광광도계를 이용한 암모니아의 분석
NH3(암모니아)의 분석은 시료를 발색시켜 흡광도를 측정하는 인도페놀법을 적용하여 분석하였다. PEA bag으로 채취한 공기시료 중 NH3의 농도를 정량하기 위해, 5% 붕산용액 50 mL에 미니펌프 (MP-∑300, SIBATA, Japan)를 이용하여 5 L (2.5 L/min X 2 min)의 공기시료를 흡수시켜 주었다. 시료를 흡수시킨 붕산용액 중 10 mL를 분취하였다. 그리고 여기에 페놀-니트로푸르시드 (phenol-nitroprusside) 용액과 차아염소산 나트륨 (sodium hypochlorite) 용액을 각각 5 mL씩 첨가하여, 약 1시간 동안 상온에서 발색을 유도하였다. 발색 시료는 635 nm의 파장에서 UV/VIS 분광광도계 (Model Genesys 10 series, Thermo Scientific, USA)를 사용하여 흡광도를 측정하였다.
1-4) 표준시료를 확보하지 않은 VOC 성분들의 정량 방법
가축분뇨 처리장에서 채취한 공기시료 중에서, 표준시료를 확보하지 않은 4-ethylphenol에 대한 정량방법은 유효탄소수를 기반으로 한 감응계수 추정법을 적용하여 정량하였다 (Szulejko et al., 2013). 이 방법을 적용하기 위해서는 1차적으로 표준시료를 보유한 성분들의 탄소 (C) 개수와 RF (response factor; 분석물의 주입 질량에 대한 peak area의 기울기) 값으로부터 관계식을 도출하였다. 이러한 관계식에 표준시료가 부재한 성분들을 적용하여 RF 값을 추정하는 방식이다.
표 1은 상기 기재된 방법에 따라 퇴비장과 액비장에서 처리단계별 악취물질의 농도를 측정한 값을 나타낸다.
Figure pat00001
상기 표 1에 나타난 악취물질의 분석결과를 이용하여 물질별 악취감지 최소농도 (Nagata, 2003)로 나누어 악취물질별 악취강도로 변환하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
Figure pat00002
표 3은 퇴비장과 액비장에서 처리단계별 악취기여도를 나타낸다.
Figure pat00003
상기 표 3에서 보는 바와 같이 시료의 악취수준에 미치는 수준이 악취물질별로 다르게 나타났으며, 이를 토대로 가축분뇨를 퇴비화 및 액비화하는 시설에서 처리공정별로 발생되는 악취물질이 악취 수준에 미치는 수준을 예측할 수 있으며, 악취성분의 농도를 상호 비교하면 악취 민원을 줄이기 위하여 가축분뇨처리시설별, 처리공정별 핵심적으로 관리해야할 물질을 알 수 있다.
2) 공기희석관능법을 통한 복합악취의 희석배수 산출
공기희석관능법은 냄새를 유발하는 공기시료의 일정 양을 무취공기를 이용하여 단계별로 희석시킴으로써, 감지의 임계수준에 해당하는 희석배수 (Dilution-to-threshold ratio; D/T ratio)를 산출하는 방법이다. 이 방식은 여러 가지 개별 악취물질들이 단독으로 또는 혼합물의 형태로 존재할 때, 기기분석법과 함께 실제 인체가 체감할 수 있는 악취의 세기를 관능방식에 기반하여 평가하는 분석법에 해당한다.
희석배수의 산정을 위한 모든 과정은 악취공정시험방법에서 제시한 기준을 적용하였다 (국립환경과학원, 2007). 먼저, 악취공정시험방법에서 제시한 기준에 따라 공기희석관능법에 참여할 악취판정요원 5명을 선정하였다. 관능법에 사용할 무취공기는 일반 공기를 무취공기제조장치 (TOP Trading Eng., Korea)의 흡수제 및 흡착제에 통과시키는 방식으로 제조하였다. 이러한 과정으로 제조한 무취공기는 3 L 용량의 냄새봉지 (Polyethylene telephtalate film)에 주입하고, 총 3개의 냄새봉지를 각각의 판정요원에 대한 적합성 유무의 판단을 위한 1 세트로 준비하였다. 그 후에, 악취성분을 포함한 시료의 일정량 (처음에는 10 mL)을 3개의 냄새봉지 중 1개의 냄새봉지에 주사기로 주입하여 냄새를 희석시켰다 (이때의 희석배수: 300배). 이렇게 총 5세트를 준비하여 각각의 판정요원이 무취공기와 시료를 주입한 냄새봉지의 구분 여부를 판별하게 해주었다.
시료를 주입한 냄새봉지를 감식한 판정요원이 과반수를 넘을 경우 (5명 중의 3명 이상), 그 다음 단계의 희석배수를 약 3 또는 10배씩 (1,000, 3,000, 10,000배) 증가시켜 주었다. 그리고 최종적으로 1명 이하 판정요원의 판별하는 시점까지 실험을 진행해 나갔다. 반대로 과반수를 넘지 않았을 경우, 희석배수를 약 3배씩 (100, 30배) 감소시키면서 과반수 이상이 맞출 때까지 계속해서 진행하였다. 5명의 판정요원으로부터 구한 각각의 희석배수는 최대·최솟값을 제외한 나머지 값들의 기하평균으로 처리하여 최종 희석배수로 산출하였다. 즉, 복합악취의 희석배수가 높아질수록, 더 많은 무취공기로 희석을 실시하여야만 그 냄새감지의 임계점에 도달할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 희석배수 자료는 기기분석으로 구한 개별성분들의 농도와 연계하여 악취 저감의 특성을 상호보완적으로 평가하는데 적용하였다. 표 4는 퇴비장과 액비장에서 채취한 시료에 대한 악취강도를 평가한 결과를 나타낸다.
Figure pat00004
상기 표 4와 같이 퇴비장과 액비장에서 채취한 시료에 대하여 악취강도를 기기분석과 관능평가를 토대로 비교한 결과 액비화 시설에서는 관능평가보다 기기분석에서 0.20~0.5 수준 낮게 평가되었으며, 퇴비화시설에서는 관능평가보다 기기분석에서 0.20~0.3 수준 높게 평가되었다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 각각의 악취물질의 농도를 악취물질별 악취감지 최소농도를 기준으로 각각의 악취물질별 악취강도로 변환하는 단계; 및
    상기 악취물질별 악취강도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 예측하는 단계;를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 악취물질별 악취강도의 총합 중 각각의 악취물질의 강도의 상대적 비율을 기준으로 하여 전체 악취에 미치는 악취물질별 악취기여도를 산출하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    분뇨 샘플 중 상기 악취물질 중 1 이상의 농도를 측정하여 상기 악취물질의 악취기여도를 기준으로 분뇨의 전체 체감 악취 수준을 예측하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분뇨 샘플에서 측정되는 악취물질은 분뇨별 악취기여도를 기준으로 선택하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 단계는 퇴비화 또는 액비화 처리단계별로 측정하여 처리 단계별 상대적 악취 수준을 분석하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 상대적 악취 수준을 기준으로 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 체감 악취 수준을 예측하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 퇴비화 또는 액비화 처리 단계는 분뇨 반입 단계, 분뇨 처리 중간 단계, 및 분뇨 처리 완료 단계 중 적어도 1 이상을 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 악취 물질은 프로피온산, 부티릭산, I-부티릭산, 발레르산, I-발레르산, 페놀, p-크레졸, 4-에틸 페놀, 인돌, 스카톨, 황화수소, 메틸머캅탄, 디메틸설파이드, 디메틸디설파이드, 및 암모니아로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 이상을 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    기기분석에 의한 악취 수준과 관능평가에 의한 악취 수준의 상관 관계를 분석하여 분뇨의 체감 악취 수준을 예측하는 단계를 더 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분뇨는 축산 분뇨인 분뇨의 체감 악취 예측 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 분뇨의 체감 악취 예측 방법에 의해 예측된 분뇨의 체감 예측 악취 수준에 따라 부형제 종류, 부형제 투여량 또는 폭기량을 조절하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 조절 방법.
  12. 제2항에 따른 분뇨의 체감 악취 예측 방법에 의해 산출된 악취 기여도를 기준으로 관리 대상 악취물질을 도출하는 단계를 포함하는 분뇨의 체감 악취 조절 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 퇴비화 또는 액비화 처리 단계별 관리 대상 악취물질을 도출하는 단계를 더 포함하는 분뇨의 체감 악취 조절 방법.
  14. 가축 사육농장, 분뇨의 퇴비화 또는 액비화 시설에서 발생하는 악취물질의 종류 및 농도를 측정하는 악취물질 측정 수단; 및
    상기 측정된 각각의 악취물질의 농도를 악취물질별 악취감지 최소농도를 기준으로 각각의 악취물질별 악취강도로 변환하고, 상기 악취물질별 악취강도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 산출하는 악취물질 분석수단;을 포함하는 분뇨의 체감 악취 예측 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 악취물질 분석수단은,
    상기 악취물질별 악취강도의 총합 중 각각의 악취물질의 강도의 상대적 비율을 기준으로 하여 전체 악취에 미치는 악취물질별 악취기여도를 산출하며, 분뇨 샘플 중 상기 악취물질 중 1 이상의 농도를 측정하여 상기 악취물질의 악취기여도를 기준으로 분뇨의 체감 악취 수준을 분석하는 분뇨의 체감 악취 예측 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 악취물질 측정수단은 퇴비화 또는 액비화 처리단계별로 측정하여 처리 단계별 상대적 악취 수준을 분석하는 분뇨 체감 악취 예측 장치.
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